도체의 온도가 증가함에 따라, 자유 전자와 원자의 충돌 횟수가 증가합니다. 결과적으로, 전자의 지향 운동의 평균 속도가 감소하며, 이는 도체의 저항 증가에 해당합니다.

한편, 온도가 증가함에 따라, 도체의 단위 부피당 자유 전자 및 이온의 수가 증가하여 도체의 저항이 감소된다.

온도가 증가함에 따라 하나 또는 여러 요인의 유병률에 따라 저항이 증가 (금속) 또는 감소 (석탄, 전해질)되거나 거의 변하지 않고 남아 있습니다 (예 : 망가 인과 같은 금속 합금).

약간의 온도 변화 (0-100 ° C)에서 저항 온도 계수 a라고하는 1 ° C 가열에 해당하는 상대적 저항 증가는 대부분의 금속에 대해 일정하게 유지됩니다.

-온도에서의 저항을 나타내면 온도가 다음과 같이 증가함에 따라 저항의 상대적인 증분 표현을 작성할 수 있습니다.

다양한 재료의 온도 저항 계수 값이 표에 나와 있습니다. 2-2.

식 (2-18)에서 다음과 같습니다.

결과 식 (2-20)은 저항이 주어진 값 또는 알려진 값으로 측정되면 와이어의 온도 (감기)를 결정할 수 있습니다.

예 2-3. 라인 길이가 400m이고 구리 와이어의 단면적 인 경우 온도에서 에어 스틱 와이어의 저항을 결정하십시오.

온도에서 라인 와이어의 저항

저항과 금속의 저항은 온도에 따라 달라지며 온도가 증가함에 따라 증가합니다. 도체 저항의 온도 의존성은 다음과 같은 사실에 의해 설명됩니다.

1. 전하 운반체의 산란 강도 (충돌 횟수)는 온도가 증가함에 따라 증가하고;
2. 도체가 가열되면 농도가 변합니다.

경험에 따르면 온도가 너무 높지 않고 너무 낮지 않은 경우 온도에 대한 저항률 및 도체 저항의 종속성은 다음 공식으로 표현됩니다.

   \\ (~ \\ rho_t \u003d \\ rho_0 (1 + \\ alpha t), \\) \\ (~ R_t \u003d R_0 (1 + \\ alpha t), \\)

어디서 ρ 0 , ρ   t는 각각 0 ° C 및 도체 물질의 저항 t  ℃; R 0 , R  t는 0 ° C에서의 도체의 저항이며 t  ° C α   -저항 온도 계수 : 1도 (K -1)를 빼기 위해 켈빈 단위의 SI로 측정됩니다. 금속 도체의 경우 이러한 공식은 140K 이상의 온도에서 적용 할 수 있습니다.

온도 계수  물질의 저항은 물질의 종류에 대한 가열시 저항의 변화의 의존성을 특징으로합니다. 1K 가열시 도체의 저항 (저항)의 상대적인 변화와 수치 적으로 같습니다.

   \\ (~ \\ mathh h \\ alpha \\ math i \u003d \\ frac (1 \\ cdot \\ Delta \\ rho) (\\ rho \\ Delta T), \\)

여기서 \\ (~ \\ mathcal h \\ alpha \\ mathcal i \\)는 Δ 범위의 저항 온도 계수의 평균값입니다. Τ .

모든 금속 도체 α   \u003e 0이고 온도에 따라 약간 변경됩니다. 순수한 금속 α   \u003d 1 / 273K -1. 금속에서, 자유 전하 운반체 (전자)의 농도 n  \u003d const와 증가 ρ   결정 격자의 이온에서 자유 전자의 산란 강도의 증가로 인해 발생한다.

전해질 용액 α < 0, например, для 10%-ного раствора поваренной соли α   \u003d -0.02 K -1. 분자의 해리로 인한 자유 이온 수의 증가가 용매 분자와의 충돌에서 이온 산란의 성장을 초과하기 때문에 전해질의 저항은 온도가 증가함에 따라 감소합니다.

종속성 수식 ρ   그리고 R  전해질 온도는 금속 도체에 대한 상기 식과 유사하다. 이 선형 의존성은 작은 온도 범위에서만 유지됩니다. α   \u003d const. 넓은 온도 변화 간격에서 전해질 저항의 온도 의존성은 비선형이됩니다.

그림 1, a, b에 금속 도체와 전해질의 저항 온도 의존성을 그래프로 나타내었다.

매우 낮은 온도에서 절대 영점 (-273 ° С)에 근접하면 많은 금속의 저항이 갑자기 영점으로 떨어집니다. 이 현상을 초전도. 금속은 초전도 상태가됩니다.

온도에 대한 금속 저항의 의존성은 저항 온도계에 사용됩니다. 일반적으로 백금 와이어는 그러한 온도계의 온도계로 간주되며 온도에 대한 저항의 의존성이 잘 이해됩니다.

온도 변화는 측정 가능한 와이어 저항의 변화에 \u200b\u200b의해 판단됩니다. 이러한 온도계는 기존 액체 온도계가 적합하지 않을 때 매우 낮고 매우 높은 온도를 측정 할 수있게합니다.

문학

Aksenovich L.A. 고등학교 물리학 : 이론. 작업. 시험 : 교과서. 일반을 제공하는 기관에 대한 수당. 환경, 교육 / L. A. Aksenovich, N. N. Rakina, K. S. Farino; 에드 K. S. 파리 노. -Mn .: Adukatsyya I vykhavanne, 2004-C. 256-257.

이상적인 결정에서, 전자의 평균 자유 경로는 무한대이며 전류에 대한 저항은 0입니다. 이 위치를 확인하는 것은 온도가 절대 0에 가까워지면 순수한 어닐링 된 금속의 저항이 0이되는 경향이 있다는 것입니다. 이상적인 결정 격자에서 자유롭게 움직이는 전자의 특성은 고전 역학에서 유사하지 않습니다. 격자에 구조적 결함이있을 때 저항의 출현을 초래하는 산란이 발생합니다.

산란 중심 (결함)의 크기가 파장의 1/4을 초과 할 때 효과적인 파산이 발생하는 것으로 알려져있다. 금속에서 전도 전자의 에너지는 3-15eV입니다. 이 에너지는 3-7의 파장에 해당합니다. 따라서 구조의 모든 미세 동질성은 전자파의 전파를 방해하고 재료의 저항률을 증가시킵니다.

완벽한 구조의 순수한 금속에서, 전자의 평균 자유 경로를 제한하는 유일한 이유는 결정 격자 부위에서 원자의 열 진동입니다. 열 계수로 인한 금속의 전기 저항은 ρ 열로 표시됩니다. 온도가 증가함에 따라 원자의 열 진동의 진폭과 격자의 주기장의 관련 변동이 증가한다는 것은 명백합니다. 그리고 이것은 차례로 전자의 산란을 강화하고 저항력을 증가시킵니다. 비저항의 온도 의존성 특성을 정 성적으로 확립하기 위해 다음과 같은 단순화 된 모델을 사용합니다. 산란 강도는 진동 원자가 차지하는 구형 부피의 단면에 직접 비례하고, 단면적은 열 진동의 진폭의 제곱에 비례합니다.

격자 위치에서 Δа에 의해 변형 된 원자의 전위 에너지는 다음 식에 의해 결정됩니다.

, (9)

여기서 ktr은 탄성 결합 계수이며, 원자를 평형 위치로 되 돌리는 경향이 있습니다.

고전 통계에 따르면, 1 차원 고조파 발진기 (발진 원자)의 평균 에너지는 kT와 같습니다.

이를 바탕으로 다음과 같은 평등을 씁니다.

N 원자의 전자의 평균 자유 경로가 온도에 반비례한다는 것을 쉽게 증명할 수 있습니다.

(10)

낮은 온도에서는 결과 비율이 만족되지 않습니다. 사실은 원자의 열 진동의 진폭뿐만 아니라 온도가 감소함에 따라 진동의 주파수가 감소 할 수 있습니다. 따라서, 저온에서는, 격자 부위의 열 진동에 의한 전자 산란이 효과가 없게된다. 전자와 진동 원자의 상호 작용은 전자의 운동량을 약간만 변화시킵니다. 격자 원자의 진동 이론에서 온도는 특정 특성 온도를 기준으로 추정되며,이를 Debye 온도 ΘD라고합니다. 더비 온도는 결정에서 여기 될 수있는 최대 열 진동 주파수를 결정합니다.

이 온도는 결정 격자의 노드들 사이의 결합력에 의존하며 고체의 중요한 파라미터이다.

T 용  For D  금속의 저항은 온도에 따라 선형으로 변합니다 (그림 6, 섹션 III).

실험에서 알 수 있듯이, 온도 의존성 т (T)의 선형 근사도 (2/3) order 정도의 온도까지 유효합니다. D오류가 10 %를 초과하지 않는 경우 대부분의 금속에서 Debye 온도 특성은 400-450K를 초과하지 않습니다. 따라서 선형 근사치는 일반적으로 실온 이상의 온도에서 유효합니다. 저온 지역 (T D), 비저항의 감소가 점점 더 많은 새로운 열 진동 (포논) 주파수의 점진적인 제거로 인한 경우, 이론은 전력 법칙 의존성을 예측한다 s т `5. 물리학에서이 비율은 블로흐-그루 네이 센 법칙으로 알려져 있습니다. 예리한 거듭 제곱 법칙  т (Т)가있는 온도 범위는 일반적으로 매우 작으며 지수의 실험 값은 4에서 6 사이입니다.

몇몇 켈빈을 포함하는 좁은 영역 (I)에서, 초전도는 다수의 금속에서 발생할 수 있으며 (자세한 내용은 아래 참조), 온도 (T sv)에서 저항률의 증가를 나타낸다. 완벽한 구조의 순수한 금속에서 온도가 정상인 경향이있을 때 저항률도 0 (대시 곡선)이되고 평균 자유 경로는 무한대가됩니다. 일반적인 온도에서도 금속의 전자의 평균 자유 경로는 원자 사이의 거리보다 수백 배 더 큽니다 (표 2).

그림 6-넓은 온도 범위에서 온도에 대한 금속 도체의 저항률의 의존성 : a, b, c-다양한 용융 금속의 저항률의 변화

표 2-많은 금속에 대해 0 ° C에서 전자의 평균 자유 경로

전이 영역 II 내에서, 저항률 ρ (T)는 빠르게 증가하는데, 여기서 n은 최대 5 일 수 있으며 T \u003d 에서 온도 가 1로 증가함에 따라 점차 감소한다 D.

대부분의 금속에 대한 온도 의존성  (T)의 선형 섹션 (영역 III)은 녹는 점에 가까운 온도로 확장됩니다. 이 규칙의 예외는 강자성 금속으로, 스핀 장애에 의한 전자의 추가 산란이 발생합니다. 융점 근처, 즉 온도 IV에 의해 시작이도 6에 도시 된 영역 IV에서, 그리고 일반 금속에서, 선형 의존성으로부터 약간의 편차가 관찰 될 수있다.

고체에서 액체로 전이 될 때, 대부분의 금속은 약 1.5 내지 2 배의 저항률 증가를 나타내지 만, 특이한 경우가 있습니다 : 비스무스 및 갈륨과 같은 복잡한 결정 구조를 갖는 물질의 경우, 용융은 의 감소를 동반합니다.

실험은 다음과 같은 패턴을 보여준다 : 금속의 용융에 부피 증가가 수반되면, 저항은 단계적으로 증가한다; 부피가 반대로 변화하는 금속의 경우 ρ가 감소합니다.

용융 동안, 자유 전자의 수 또는 상호 작용의 특성에있어서 큰 변화는 없다. ρ의 변화에 \u200b\u200b결정적인 영향은 무질서한 과정, 원자 배열의 추가 순서를 위반함으로써 발생합니다. 일부 금속 (Ga, Bi)의 거동에서 관찰 된 이상은 이들 물질의 용융 동안 압축률 계수의 증가로 설명 될 수 있으며, 이는 원자의 열 진동 진폭의 감소를 동반해야한다.

1 켈빈 (도)의 온도 변화에 따른 저항의 상대적인 변화를 저항의 온도 계수라고합니다.

(11)

α ρ의 양의 부호는 주어진 지점 부근의 저항률이 온도가 증가함에 따라 증가하는 경우에 해당합니다. 수량 α ρ는 온도의 함수이기도합니다. 선형 의존성 ρ (Т)의 영역에서

여기서 ρ 0 및 α ρ는 저항률 및 저항률의 온도 계수이며, 온도 범위의 시작, 즉 온도 T0; 온도 T에서의 ρ 저항력.

저항률과 저항 온도 계수의 관계는 다음과 같습니다.

(13)

여기서 α 0은이 저항의 온도 저항 계수입니다. α 1-저항 요소의 재료의 온도 팽창 계수.

순수 금속의 경우 α ρ \u003e\u003e α 1이므로 α ρ≈ α R이 있습니다. 그러나 열 안정성 금속 합금의 경우 이러한 근사치는 불공평합니다.

3 금속의 저항률에 대한 불순물 및 기타 구조적 결함의 영향

언급 한 바와 같이, 금속에서 전자파가 산란하는 이유는 격자 부위의 열 진동뿐만 아니라 결정 구조의 잠재적 인 장의 주기성을 위반하는 정적 구조 결함이기도하다. 정적 구조 결함에 의한 산란은 온도와 무관합니다. 따라서 온도가 절대 영점에 가까워 질수록 실제 금속의 저항은 잔류 저항이라고하는 일정한 값이되는 경향이 있습니다 (그림 6). 이것은 저항력의 부가성에 대한 Mattissen 규칙을 암시합니다.

, (14)

즉 금속의 총 저항률은 결정 격자의 노드의 열 진동에 의한 전자의 산란으로 인한 저항률과 정적 구조적 결함에 의한 전자의 산란으로 인한 잔류 저항률의 합입니다.

이 규칙의 예외는 저항이 특정 임계 온도 아래에서 사라지는 초전도 금속입니다.

잔류 저항에 가장 크게 기여하는 것은 불순물에 의한 산란에 의해 이루어지며, 이는 항상 실제 도체에 오염 또는 합금 (의도적으로 도입 된) 요소로 존재합니다. 불순물 첨가제는 모재에 비해 전도성이 증가하더라도 가 증가한다는 점에 유의해야한다. 0.01에서 소개합니다. 은 불순물의 비율은 구리의 저항률을 0.002 μm Ohm ‡ m 증가시킵니다. 낮은 함량의 불순물에서, 불순물 원자의 농도에 비례하여 저항률이 증가한다는 것이 실험적으로 확립되었다.

그림 7은 Mattissen 규칙을 보여줍니다. 이는 인듐, 안티몬, 주석 및 비소가 소량 (최대 약 4 at. %) 인 순수 구리와 그 합금의 저항률의 온도 의존성이 서로 평행하다는 것을 보여줍니다.

그림 7-Matisen 규칙을 설명하는 고용체 유형의 구리 합금 저항률의 온도 의존성 : 1-순수 Cu;

2-Cu-1.03 at. % In; 3-Cu-1.12 at. % Nl

불순물이 다르면 금속 도체의 잔류 저항에 다른 영향을 미칩니다. 불순물 산란의 효율은 격자의 교란 전위에 의해 결정되며, 그 값이 클수록 불순물 원자의 원자가와 금속-용매 (염기)의 원자가의 차이가 더 강해진다.

1가 금속의 경우, 1 at. % 불순물 ( "불순물"전기 저항 계수)에 의한 잔류 저항의 변화는 Linde 규칙을 따릅니다.

, (15)

여기서 a 및 b는 금속의 성질 및 원소의주기적인 시스템에서 불순물 원자가 차지하는 기간에 따라 상수이며;  Z  -금속-용매와 불순물 원자의 원자가의 차이.

화학식 15로부터, 전도도 감소에 대한 메탈 로이드 불순물의 영향은 금속 원소의 불순물의 영향보다 더 강하다.

불순물 이외에도, 빈틈, 간극 원자, 전위 및 결정립계와 같은 자체 구조적 결함이 잔류 저항에 일정한 기여를한다. 점 결함의 농도는 온도에 따라 기하 급수적으로 증가하며 녹는 점 근처에서 높은 값에 도달 할 수 있습니다. 또한, 고 에너지 입자, 예를 들어 원자로로부터의 중성자 또는 촉진제의 이온으로 조사 될 때 공석 및 간극 원자가 물질에서 쉽게 발생한다. 측정 된 저항 값으로부터, 격자에 대한 방사선 손상 정도를 판단 할 수있다. 같은 방식으로, 조사 된 샘플의 감소 (어닐링)를 추적 할 수 있습니다.

1 at. % 포인트 결함에 의한 구리 잔류 저항의 변화는 다음과 같다 : 공석의 경우 0.010 내지 0.015 μOhm Ω; 간극 원자의 경우 0.005-0.010 μOhm ‡ Ohm.

잔류 저항은 화학적 순도 및 금속의 구조적 완전성에 매우 민감한 특성입니다. 실제로, 특히 고순도의 금속으로 작업 할 때, 불순물 함량을 평가하기 위해 실온 및 액체 헬륨 온도에서 저항률의 비가 측정됩니다 :

금속이 깨끗할수록  값이 커집니다. 가장 순수한 금속 (순도 99.99999 %)에서 매개 변수 의 값은 10 5입니다.

금속과 합금의 저항률에 큰 영향을 미치는 것은 응력 상태로 인한 왜곡에 의해 발생합니다. 그러나 이러한 영향의 정도는 스트레스의 특성에 따라 결정됩니다. 예를 들어, 대부분의 금속에서 포괄적 인 압축으로 저항률이 감소합니다. 이것은 원자의 접근과 격자의 열 진동 진폭의 감소로 설명됩니다.

소성 변형 및 경화는 항상 금속 및 합금의 저항을 증가시킵니다. 그러나이 증가는 순금속의 상당한 경화에도 불구하고 몇 퍼센트입니다.

열 경화는 distortion의 증가로 이어져 격자 왜곡과 내부 응력의 출현과 관련이 있습니다. 열처리 (어닐링)에 의한 재결정 화 중에, 결함이 치유되고 내부 응력이 완화되기 때문에 저항률이 원래 값으로 감소 될 수있다.

고용체의 특이성은 열 구성 요소를 대부분 (많이) 크게 초과 할 수 있다는 것입니다.

많은 2 성분 합금의 경우, 조성에 따른 ost ost의 변화는 형태의 포물선 의존성에 의해 잘 설명됩니다

여기서 C는 합금의 성질에 따라 일정하며; x a 및 x in은 합금 성분의 원자 분율입니다.

16의 비율을 노스 하임의 법칙이라고합니다. 이진 A-B 고용체에서, B 원자가 금속 A (고체 용액 )에 첨가 될 때와 A 원자가 금속 B (고체 용액 )에 첨가 될 때 잔류 저항이 증가하고,이 변화는 대칭 곡선에 의해 특징 지워진다 . 연속적인 일련의 고용체에서, 저항률이 더 클수록, 조성이 더 멀어 질수록 합금이 순수한 성분으로부터 분리된다. 잔류 저항은 각 성분의 동일한 함량 (x a \u003d x in \u003d 0.5)으로 최대 값에 도달합니다.

노드 하임의 법칙은 조성이 변경 될 때 상 전이가 관찰되지 않고 그 성분 중 어느 것도 전이 또는 희토 원소에 포함되지 않는 경우 연속 고체 용액의 저항률의 변화를 매우 정확하게 설명합니다. 이러한 시스템의 예는 Au-Ag, Cu-Ag, Cu-Au, W-Mo 합금 및 기타 일 수있다.

고용체는 전이 그룹의 금속 인 구성 요소가 약간 다르게 작동합니다 (그림 8). 이 경우, 높은 성분 농도에서, 상당히 큰 잔류 저항이 관찰되는데, 이는 원자가 전자의 일부가 내부의 채워지지 않은 전이 금속 원자의 쉘로 전이되는 것과 관련이있다. 또한, 이러한 합금에서, 최대 는 종종 50 % 이외의 농도에 해당한다.

그림 8-성분의 백분율에 대한 구리-니켈 합금의 저항률 (1) 및 저항률 온도 계수 (2)의 의존성

합금의 저항률이 클수록 α ρ가 낮아집니다. 이것은 고용체에서 대부분의 경우 대체로 t를 실질적으로 초과하고 온도에 의존하지 않는다는 사실에 기인한다. 온도 계수의 정의에 따라

(17)

순수한 금속의 α ρ가 서로 약간 다르면 식 17은 다음과 같은 형태로 쉽게 변환 될 수 있습니다.

(18)

농축 된 고체 용액에서, ost는 보통 ρ t보다 크거나 그보다 크므로, α ρ spl은 순수한 금속의 α ρ보다 훨씬 낮을 수있다. 이것이 열 안정성 전도성 재료를 얻는 기초입니다. 많은 경우에, 합금의 저항률의 온도 의존성은 단순한 첨가제 규칙성에 따르는 것보다 더 복잡하다. 합금의 저항률의 온도 계수는 18에 의해 예측 된 비율보다 상당히 낮을 수 있습니다. 언급 된 이상은 구리-니켈 합금에서 분명하게 나타납니다 (그림 8). 특정 합금에서는 성분의 특정 비율에서 음의 α ρ가 관찰됩니다 (상수).

합금 성분의 백분율로부터의 ρ 및 α ρ에서의 이러한 변화는, 순수한 금속과 비교하여,보다 복잡한 조성 및 구조로 합금이 고전 금속으로 간주 될 수 없다는 사실에 의해 설명 될 수있다. 전도도의 변화는 자유 전자의 평균 자유 경로의 변화뿐만 아니라 온도가 증가함에 따라 전하 운반체의 농도가 부분적으로 증가하여 발생합니다. 온도 증가에 따른 평균 자유 경로의 감소가 전하 캐리어의 농도 증가에 의해 보상되는 합금은 온도 저항 계수가 0이다.

희석 용액에서, 성분들 중 하나 (예를 들어, 성분 B)가 매우 낮은 농도를 특징으로하고 불순물로 간주 될 수있는 경우, 정확도의 손실없이 공식 (16)에서 1-1을 넣을 수있다. 그런 다음 잔류 저항과 금속의 불순물 원자 농도 사이에 선형 관계가 있습니다.

,

여기서 상수 C는 잔류 저항 ost ost의 변화를 1 at. % 불순물로 특성화합니다.

일부 합금은 조성물 중 특정 비율이 제조 동안 유지되는 경우 정렬 된 구조를 형성하는 경향이있다. 주문의 이유는 같은 종류의 원자에 비해 이종 원자의 화학적 상호 작용이 더 강하기 때문입니다. 구조는 임계 온도 (또는 Kurnakov 온도)라고하는 특정 특성 온도 T cr 아래로 정렬됩니다. 예를 들어, 50 at를 함유하는 합금. % Cu 및 50 at. % Zn (-brass)은 체심 입방 구조를 가지고 있습니다. T 360 ° C에서, 구리 및 아연 원자는 격자 부위에 무작위로 그리고 통계적으로 분포된다.

고체의 전기 저항의 이유는 자유 전자와 격자 원자의 충돌이 아니라 병진 대칭의 위반을 담당하는 구조적 결함에 의한 산란 때문입니다. 고용체를 주문할 때, 격자의 원자 조성의 정전기 장의 주기성이 회복되어 전자의 평균 자유 경로가 증가하고 추가 저항은 합금의 미세 동종성에 대한 산란으로 인해 거의 완전히 사라집니다.

4 비 표면 저항과 온도 계수에 대한 금속 막 두께의 영향

집적 회로의 제조에서, 금속 필름은 상호 연결, 패드, 커패시터 플레이트, 유도, 자기 및 저항 요소에 사용됩니다.

응축 조건에 따라 필름의 구조는 비정질 응축 물에서 에피 택셜 필름 (완벽한 단결정 층의 구조)까지 다양 할 수 있습니다. 또한, 금속 필름의 특성은 크기 효과와 관련이 있습니다. 따라서 막 두께가 lcf에 상응하면 전기 전도도에 대한 기여가 중요합니다.

그림 9는 박막의 표면 저항과 박막 두께에 대한 온도 계수 α ρ s의 전형적인 의존성을 보여줍니다. 관계는 구조적 (길이 l, 폭 b, 막 두께 h)과 기술이기 때문에

박막 저항기 (TPR)의 () 파라미터는 다음 방정식으로 설정됩니다.

,

여기서 ρ s \u003d ρ / h는 제곱 저항 (또는 비 표면 저항)이며, ρ s 대신 not ρ 대신 전통적인 표기법 traditional을 사용합니다.

그림 9-필름 두께 h의 변화   및 

금속 필름의 성장에는 4 단계가 수반됩니다.

I는 금속 섬의 형성과 성장입니다 (전하 이동을 담당하는 메커니즘은 페르미 레벨 위에 위치한 전자의 열 방출 및 전자 터널링입니다. 금속 필름이없는 기판 영역의 표면 저항은 온도가 증가함에 따라 감소하여 작은 두께의 필름의 음의  ) );

II-섬과의 접촉 (에 대한 부호 변화의 순간은 금속의 종류, 막의 형성 조건, 불순물의 농도, 기판의 표면 상태에 달려 있음);

III-섬 사이의 크기와 간격이 줄어들 때 전도성 네트워크의 형성;

IV-전도도 및    대량 전도체의 값에 접근 할 때 연속 전도성 필름의 형성, 증착의 동안 필름에 갇힌 불순물의 높은 농도로 인해 여전히 필름의 비저항이 벌크 샘플의 저항보다 큽니다. 따라서, 입자 경계를 따라 산화 된 막은 물리적으로 연속적이지만 전기적으로 불 연속적이다. 전자가 시료 표면에서 반사 될 때 전자의 평균 자유 경로가 감소하여 의 성장과 크기 효과에 기여합니다.

박막 저항기의 제조에는 금속, 금속 합금, 서멧의 세 가지 재료 그룹이 사용됩니다.

초전도의 물리적 특성

초전도 현상은 양자 이론으로 설명되며 금속의 전자가 서로 끌릴 때 발생합니다. 양전하 이온을 포함하는 매질에서 흡인이 가능하며, 전자계 사이의 쿨롱 반발력이 약화되는 분야. 전기 전도성에 참여하는 전자, 즉 페르미 레벨 근처에 있습니다. 반대 스핀을 갖는 전자는 쿠퍼 쌍이라 불리는 쌍으로 결합한다.

쿠퍼 쌍 형성에 결정적인 역할은 전자가 전자의 격자와 같은 열 진동과 상호 작용하여 작용하는데, 포논은 흡수와 생성이 모두 가능합니다. 전자 중 하나가 격자와 상호 작용합니다-격자를 자극하고 운동량을 변경합니다. 다른 전자는 상호 작용하여 전자를 정상 상태로 옮기고 운동량을 변화시킵니다. 결과적으로 격자의 상태는 변하지 않으며 전자는 열 에너지의 양자를 교환합니다-포논. 포논 교환 상호 작용은 쿨롱 반발보다 우수한 전자들 사이에 인력을 발생시킨다. 포논 교환은 지속적으로 발생합니다.

격자를 통해 이동하는 전자는 그것을 분극합니다. 가장 가까운 이온을 끌어 당깁니다. 전자 궤적 근처에서 양전하의 밀도가 증가합니다. 두 번째 전자는 과도한 양전하를 갖는 영역에 끌리게되는데, 그 결과 격자와의 상호 작용으로 인해 전자들 사이에 인력이 발생한다 (Cooper pair). 이러한 쌍을 이룬 형성은 공간에서 서로 겹치고 붕괴 및 재생되어 전자 응축 물을 형성하며, 내부 상호 작용으로 인한 에너지는 분리 된 전자 세트의 에너지보다 적습니다. 금지 된 에너지 상태의 영역 인 초전도체의 에너지 스펙트럼에 에너지 갭이 나타납니다.

쌍을 이루는 전자는 에너지 갭의 맨 아래에 있습니다. 에너지 갭의 크기는 온도에 따라 달라지며 절대 영점에서 최대 값에 도달하고 T St에서 완전히 사라집니다. 대부분의 초전도체에서 에너지 갭은 10-4-10-10 eV입니다.

전자 산란은 열 진동 및 불순물에서 발생하지만

접지 상태에서 여기 상태로의 전자 전이를위한 에너지 갭의 존재는 저온에 존재하지 않는 충분한 양의 열 에너지를 필요로하므로, 쌍을 이룬 전자는 구조적 결함으로 산란되지 않는다. Cooper 쌍의 특징은 서로 독립적으로 상태를 변경할 수 없으며 전자 파의 길이와 위상이 동일하다는 것입니다. 절대 제로에서 모든 전자는 쌍으로 연결되며, 증가하면 일부 쌍은 끊어지고 갭의 폭이 줄어들고 T cc에서는 모든 쌍이 파괴되고 갭의 폭이 사라지고 초전도성이 위반됩니다.

초전도 상태로의 전이는 매우 좁은 온도 범위에서 발생하며, 구조의 이질성은 간격의 확장을 유발합니다.

초전도체의 가장 중요한 특성-자기장은 재료를 전혀 관통하지 않으며 초전도체를 감싸는 힘선 (메이저 효과)은 자기장의 초전도체 표면층에 원형의 댐핑되지 않은 전류가 발생하기 때문에 샘플 두께의 외부 필드를 완전히 보상합니다. 자기장의 침투 깊이는 10 -7-10 -8 m-초전도체-이상적인 직경 자석입니다. 자기장 밖으로 밀려 나옵니다 (자석에 의해 유도되는 댐핑되지 않은 전류가 순환하는 초전도 물질 링 위에 영구 자석을 매달 수 있습니다).

자기장 강도가 H St를 초과하면 초전도 상태가 위반된다. 자기장의 영향 하에서 초전도 상태에서 통상적 인 전기 전도성 상태로의 재료 전이의 특성에 따라, 제 1 및 제 2 종류의 초전도체가 구별된다. 유형 1 초전도체 에서이 전이는 단계적으로 발생하며 초전도체에서 전이 프로세스는 H sv1-

H sv2. 이 간격에서, 재료는 정상 및 초전도 상이 공존하는 이종 상태에 있고, 자기장은 점차 초전도체를 관통하며, 제로 저항은 임계 임계 값까지 유지된다.

임계 강도는 유형 1 초전도체의 온도에 따라 다릅니다.

타입 2 초전도체에서, 중간 상태의 영역은 온도가 감소함에 따라 확장된다.

초전도체가 임계 값 I st \u003d 2πrH sv (T)를 초과하는 경우 초전도체를 통과하는 전류에 의해 초전도성이 중단 될 수 있습니다 (유형 1 초전도체의 경우 (유형 2의 경우 더 복잡한 특성)).

26 개의 금속은 초전도성 (주로 4.2K 미만의 임계 온도를 갖는 제 1 종)을 가지며, 13 개 원소는 고압 (실리콘, 게르마늄, 텔 루륨, 안티몬)에서 초전도성을 나타냅니다. 구리, 금,은을 함유하지 않음 : 낮은 저항은 결정 격자와 전자와 페로 및 안티 페로 마그넷의 약한 상호 작용을 나타냅니다. 반도체는 고농도의 도펀트를 첨가하여 변환된다; 유전율이 높은 유전체 (강유전체)에서 전자 사이의 쿨롱 반발력은 상당히 약해져 초전도 특성을 나타낼 수 있습니다. 금속 간 화합물 및 합금은 유형 2 초전도체이지만,이 구분은 절대적이지 않습니다 (충분한 결정 격자 결함 농도가 생성되면 유형 1 초전도체가 유형 2 초전도체로 변환 될 수 있습니다. 초전도 도체의 제조는 기술과 관련이 있습니다 어려움 (취성, 열전도율이 낮음), 구리가있는 초전도체의 조성 (청동 방법 또는 고상 확산 방법-압축 및 연신); ) 초전도 막 stanida 니오븀을 형성 Nb를 주석으로 청동 확산되어 가열 주석 브론즈 매트릭스 니오브 얇은 필라멘트의 위치.

보안 질문

1 어떤 매개 변수가 금속의 전기 전도도를 결정합니다.

2 금속 전도도 양자 이론에서 전자의 에너지 분포를 설명하는 통계

3 금속에서 페르미 에너지 (페르미 레벨)를 결정하고 그에 따라 달라지는 것.

4 금속의 전기 화학 전위는 무엇입니까?

5 금속에서 전자의 평균 자유 경로를 결정하는 것.

6 합금 형성. 금속의 저항률에 결함이 어떻게 존재합니까?

7 도체의 저항에 대한 온도 의존성을 설명하십시오.

고용체 및 기계적 혼합물과 같은 합금의 ρ 및 TCS에 대한 N.S. Kurnakov의 8 패턴.

9 전기 저항률이 다른 전도성 재료 기술에 사용. 응용 분야에 따라 재료 요구 사항.

10 초전도 현상. 초전도 및 냉동 도체의 범위

6 실험실 작업 No. 2 전도성 합금의 특성 연구

목표 : 2 성분 합금의 성분에 따라 전기적 특성 변화의 법칙을 연구합니다.

실험실 작업의 첫 번째 부분에서 상 조성이 다른 두 그룹의 합금이 고려됩니다.

첫 번째 그룹은 성분 A와 B가 서로 무한으로 용해되어 결정 격자의 노드에서 점차적으로 대체되는 합금을 포함하며, 순수한 합금 성분에서 다른 성분으로 연속적인 고용체를 형성합니다. 고체 상태에서 이러한 유형의 합금은 단 일상이며,이 고체 용액과 동일한 입자 조성으로 구성됩니다. 구리-니켈 Cu-Ni, 게르마늄-실리콘 Ge-Si 등은 고용체 합금의 예이며, 두 번째 그룹은 실질적으로 불용성 인 합금을 포함하며, 각 성분은 자체 입자를 형성합니다. 고체 합금은 이상성이다; 이러한 합금을 기계적 혼합물이라고합니다. 기계적 혼합물 유형의 합금의 예는 구리-은 시스템 Cu-Ag, 주석-납 Sn-Pb 등이다.

기계적 혼합물 유형의 합금을 형성하는 동안 (그림 10, a), 특성은 선형으로 (추가적으로) 변경되며 순수한 구성 요소의 특성 값 사이의 평균입니다. 고용체 유형의 합금이 형성되면 (그림 10, b), 특성은 곡선을 따라 최대 및 최소로 변경됩니다.

그림 10-N.S. Kurnakov의 패턴. 합금의 상 조성과 그 특성 사이의 관계

금속 및 합금의 주요 전기 특성은 다음과 같습니다. 전기 저항 ρ, µOhm; TCS의 저항 온도 계수, deg -1.

유한 길이 도체의 전기 저항 l과 단면 S 알려진 관계로 표현

(19)

전도성 물질의 저항은 작으며 0.016-10 μOhm.m의 범위에있다.

다양한 금속 도체의 전기 저항은 주로 주어진 도체에서 전자의 평균 평균 자유 경로 λ에 따라 다릅니다.

여기서 µ \u003d 1 / λ는 전자 산란 계수입니다.

금속 및 합금에서 전극의 방향성 이동에있어서의 산란 인자는 결정 격자의 노드에 위치한 양이온이다. 양이온이 공간에 규칙적으로 위치하는 가장 규칙적이고 왜곡되지 않은 결정 격자를 갖는 순수한 금속에서, 전자 산란은 작고 주로 격자 위치에서 Iona 진동의 진폭에 의해 결정되는데, 순수한 금속 ρ≈ A · μ는 따뜻하다. 여기서 µ는 따뜻합니다. 는 격자의 열 진동에 대한 전자 산란 계수입니다. 이 전자 산란기구를 격자의 열 진동에 의한 포논 산란이라고한다.

온도 T가 증가함에 따라, 격자 부위에서 양이온의 진동의 진폭이 증가하고, 전기장의 작용에 따른 전자의 산란이 증가하고, 평균 자유 경로 (λ)가 감소하고, 저항이 증가한다.

온도가 1도 변할 때 재료의 저항 증가를 추정하는 값을 TCS의 전기 저항 온도 계수라고합니다.

(20)

여기서 R 1은 온도 T 1에서 측정 된 샘플의 저항이고; R 2는 T 2 온도에서 측정 한 동일한 샘플의 저항입니다.

두 가지 합금 시스템이 연구되고 있습니다 : Cu-Ni 시스템 : 합금 성분 (구리 및 니켈)은 고체 상태에서 서로에 대한 무제한의 용해 조건을 모두 만족합니다. 따라서 결정화가 끝난 후이 시스템의 모든 합금은 단상 고체 용액이됩니다 (그림 10, a) 성분 (구리 및은)이 무제한 용해 조건을 만족하지 않고 Cu (Ag) 시스템은 고온에서도 (10 %를 초과하지 않는) 용해도는 작고 300 ℃ 이하의 온도에서는 용해도가 작습니다. S, 그것이 존재하지 않고, 임의의 합금, 구리 및은 입자의 기계적 혼합물 (도 10B)로 구성된다.

고용체에 대한 ρ 곡선의 과정을 고려해 봅시다. 다른 합금 성분이 임의의 순수한 성분에 첨가됨에 따라, 동일한 종류의 양이온의 엄격한 배열에서의 균일 성이 위반되며, 이는 결정 격자의 노드에서 순수한 금속에서 관찰된다. 결과적으로, 고용 형태의 합금에서 전자의 산란은 순수한 성분의 결정 격자의 왜곡으로 인해, 또는 결정 격자의 결함의 증가로 인해, 도입 된 각각의 원자가 순수한 성분과 비교하여 상이한 종류이기 때문에 항상 순수한 성분 중 어느 것보다 크다 점 결함.

고용 유형의 합금의 경우 다른 유형의 전자 산란이 추가됩니다-점 결함 및 전기 저항에 의한 산란

(21)

Т \u003d 20 0 С에서 모든 ρ 값을 평가하는 것이 일반적이기 때문에, 점 결함에 의한 산란은 고용체 유형의 합금에 대한 결정 요소입니다. 결정 격자의 정확성에 대한 가장 큰 위반은 성분의 50 % 농도 영역에서 관찰되며, ρ 곡선은이 영역에서 최대 값을 갖습니다. 관계 20으로부터, TCS의 저항 온도 계수는 저항 R에 반비례하고, 따라서 저항률 ρ; TCS 곡선은 성분비 50 %의 영역에서 최소를 갖는다.

실험실 작업의 두 번째 부분에서는 저항이 높은 합금이 고려됩니다. 이러한 재료는 정상 조건 하에서 0.3 μOhm · m 이상의 특정 전기 저항을 갖는 합금을 포함한다. 이 재료는 다양한 전기 및 전기 가열 기기, 모델 저항, 가변 저항 등의 제조에 널리 사용됩니다.

전기 측정 기기, 기준 저항 및 가변 저항의 제조에는 일반적으로 시간에 따른 저항의 높은 안정성과 저온 저항 계수가 특징 인 합금이 사용됩니다. 이러한 재료에는 망가닌, 콘스 탄탄 및 니크롬이 포함됩니다.

망가닌은 평균 2.5 ~ 3.5 % 니켈 (코발트 포함), 11.5 ~ 13.5 % 망간, 85.0 ~ 89.0 % 구리를 함유하는 구리-니켈 합금입니다. . 망간으로 도핑하고 400 ° C의 온도에서 특수 열처리를 수행하면 -100 ~ + 100 ° C의 온도 범위에서 망가닌의 저항력을 안정화시킬 수 있습니다. 망가닌은 구리와 쌍을 이루는 매우 작은 온도 -EMF 값을 가지며, 시간에 대한 높은 저항률로 높은 정확도 등급의 저항 및 전기 측정 기기 제조에 광범위하게 사용할 수 있습니다.

Constantan은 망가닌과 동일한 성분을 함유하고 있지만 니켈 (코발트 포함) 39 ... 41 %, 망간 1 ... 2 %, 구리 56.1 ... 59.1 %의 비율로 구성되어 있습니다. 전기 저항은 온도와 무관합니다.

니크롬은 등급에 따라 15 ~ 25 % 크롬, 55 ~ 78 % 니켈, 1.5 % 망간을 함유하는 철 기반 합금입니다. 그들은 주로 전기 가열 요소의 제조에 사용됩니다. 공기의 고온에 대한 내성이 우수하기 때문입니다.이 합금과 산화막의 선형 팽창 온도 계수 값이 가깝기 때문입니다.

다양한 가열 요소의 제조에 널리 사용되는 (니크롬 제외) 높은 저항을 갖는 합금 중에서, 내열성 합금 인 fechral 및 chrome을 주목할 필요가 있습니다. 이들은 Fe-Cr-Al 시스템에 속하며 0.7 % 망간, 0.6 % 니켈, 12 ... 15 % 크롬, 3.5 ... 5.5 % 알루미늄을 포함하고 나머지는 철입니다. 이 합금은 고온에서 다양한 가스 매체의 영향으로 표면의 화학적 파괴에 매우 강합니다.

6.1 실험실 작업 번호 2a의 순서

작업을 시작하기 전에 그림 11에 표시된 설치 다이어그램과 측정에 필요한 계측기를 숙지하십시오.

실험실 설정은 연구중인 샘플이 위치한 온도 조절기와 MO-62 측정 브리지로 구성되어있어 샘플 저항을 실시간으로 측정 할 수 있습니다. 시료의 강제 냉각 (T\u003e 25 ° С)을 위해 온도 조절기에 팬이 설치되고 후면에 댐퍼가 있습니다. 서모 스탯의 오른쪽에는 샘플 번호 스위치가 있습니다.

그림 11- 실험실 작업의 모양과 측정 계획 2a

작업을 시작하기 전에, "승수 N"스위치를 0.1 또는 0.01 (표에 표시된대로)로 설정하고 50 년간 스위치를 시계 반대 방향으로 가장 왼쪽 위치로 설정하고 온도 조절 장치가 꺼져 있는지 확인하십시오 (온도 조절 장치 전면 패널의 스위치를 토글하십시오). 그렇지 않으면 댐퍼를 열고 표시 등 아래에있는 토글 스위치로 팬을 켜고 정상 온도에 도달 할 때까지 더 낮은 위치로 옮긴 다음 팬을 끕니다.

6.1.1 서모 스탯에 장착 된 온도계를 사용하여 측정 할 온도를 고정하여 샘플 번호 -1을 설정합니다. 측정 브리지 멀티 플라이어를 0.01 위치로 전환 한 다음 전면 패널의 오른쪽 상단에있는 토글 스위치를 사용하여 네트워크를 켜면 네트워크 표시등이 켜집니다. 십년 스위치를 사용하여 "정확하게"측정 버튼을 클릭 한 후 검류계 바늘이 0에 있는지 확인하십시오.

저항 선택은 연속 근사에 의해 10 년 후부터 시작되어야하며, 얻어진 값에 계수를 곱하고 표 3에 기록해야합니다.

다음 5 개 샘플에 대해 측정을 반복 한 후 승수가 0.1 위치로 이동하고 샘플 7-10에 대한 측정을 계속합니다.

6.1.2 샘플 번호 스위치를 원래 위치로 되돌리고 서모 스탯 뒷면의 덮개를 닫고 서모 스탯을 켜고 (전면 패널의 스위치-끝까지 내림) 샘플을 50-70 ° C의 온도로 가열 한 다음 서모 스탯을 끄고 플랩을 열고 10 개 샘플의 저항 측정은 6.1.1과 유사하며 각 측정에 해당하는 온도를 기록합니다.

표 3에서 얻은 모든 데이터를 기록하십시오. 교사에게 결과를 보여주십시오.

6.2 절차 2b

작업을 시작하기 전에 그림 12에 표시된 설치 다이어그램과 해당 구현에 필요한 장치를 숙지하십시오.

설치는 측정 장치 (BI)로 구성되며, 여기서 + 12V 전원 공급 장치, 온도 측정 장치 (BIT), 온도 조절 장치, 샘플이 설치되어 있습니다.

수신 된 작업에 따라 모든 샘플의 저항을 실시간으로 측정 할 수있는 RLC 장치뿐만 아니라 샘플 강제 냉각, 작동 모드 및 온도 표시, 스위칭 도구 (샘플 번호, 작동 모드, 전원 켜기, 온도 조절기 및 강제 냉각 용 스위치) 및 RLC 장치 용 팬 .

그림 12-실험실 작업 2b의 모양과 측정 계획

네트워크에서 장치를 켜기 전에 측정 장치의 오른쪽에있는 K1 네트워크 토글 스위치와 RLC 미터 토글 스위치가 "끄기"위치에 있는지 확인하십시오.

6.2.1 네트워크에 RLC 미터와 측정 장치 (BI)를 연결하십시오.

6.2.2 BI의 스위치 K2를 올바른 위치 (온도 조절 장치 꺼짐)로 전환하면 빨간색 LED가 켜지지 않습니다.

6.2.3 BI 토글 스위치 K4의 작동 모드-아래쪽 위치.

6.2.4 토글 스위치 "multiplier"-1 : 100, 1 : 1 (중간 위치).

6.2.5 P1 및 P2 (샘플 번호)를 R1 위치로 전환합니다.

6.2.6 토글 스위치 K3 (팬 켜짐)-OFF (낮은 위치).

6.2.7 BI의 전원을 켜고 (BI의 오른쪽에있는 토글 스위치 K1을 "켜짐"위치로 돌리면 녹색 LED가 켜집니다) 토글 스위치를 "승수"로 1 : 100으로 전환합니다. 샘플의 온도가 20- 25 ° C

장치 후면 패널의 버튼을 짧게 눌러 온도 표시를 미리 켜 놓은 경우 BI 덮개의 나사로 온도 조절기 덮개를 위로 올리고 팬을 켜고 샘플을 지정된 한계까지 냉각시킵니다.

6.2.8 RLC 미터의 전원을 켜고 저항 측정 모드를 선택하십시오.

6.2.9 BI의 "N 샘플"스위치를 사용하여 실온 (20-25) ℃에서 10 개의 샘플 저항을 교대로 측정 한 다음 원래 위치로 되돌리고 표 3에 데이터를 입력합니다.

6.2.10 BI에서 온도 조절기를 켜십시오. K2 스위치의 위치는 "ON"(빨간색 LED가 켜짐)이고 최대 50-60 ° С까지 따뜻하게하고 BI의 팬 덮개를 들어 올리고 팬을 켭니다 (K3-위로).

6.2.11 6.2.9 장과 유사하게 각 시료에 대해 측정 된 온도를 고정시키면서 10 개의 시료의 저항을 측정한다. 표 3에 데이터를 입력하십시오. 스위치 "N 샘플"은 초기 위치에, 승수는 중간 위치에 있습니다.

6.2.12 팬 커버를 내려서 온도 조절 장치를 Т \u003d 65ºC로 계속 가열합니다. 온도 조절기를 끄고 BI-K의 K2를 올바른 위치로 옮깁니다 (빨간색 LED가 꺼짐).

6.2.13 "작동 모드"스위치 K4를 위치 2로 전환하고 승수를 위치 1 : 1로 전환하고 팬 덮개를 들어 올립니다.

6.2.14 (5-10) ℃마다 (25-30) ˚С의 온도까지 R1, R2, R3, R4를 하나씩 측정하고 표 4에 데이터를 입력하십시오. 온도가 (25-30) ℃에 도달하면 승수 스위치를 설정하십시오- 중간 위치에서 두 장치의 네트워크를 끕니다. (샘플 1은 구리, 샘플 2는 니켈, 샘플 3은 상수, 샘플 4는 니크롬입니다).

보고서에는 다음이 포함되어야합니다.

일의 목적;

설치 다이어그램에 대한 간략한 설명.

작업 공식, 설명, 계산 예;

실험 결과는 표 1 (또는 표 3 및 4)과 Cu-Ag 및 Cu-Ni 시스템의 합금 조성에 대한 의존성 ρ 및 TCS의 두 가지 그래프와 섹션 6.2.13-6.2.16에 대한 저항 (R)의 의존성 4 개의 샘플에 대해 t ℃;

결론은 실험 결과와 권장 문헌 연구를 기반으로 공식화되었습니다.

표 3-합금 조성에 대한 ρ 및 TCS의 의존성 연구

도체 길이 L \u003d 2m; 섹션 S \u003d 0.053 μm.
;
.

표 4 시료 저항의 온도 의존성 연구

문학

1 Pasynkov V.V., Sorokin V.S. 전자 장비의 재료 : 교과서. -제 2 판 -M .: 더 높음. 학교., 1986.-367 p.

전자 재료의 핸드북 / Ed. Yu.V. 코 리츠 키, V.V. 파신 코바, \u200b\u200bB.M. 타레 에바. -M .: Energoizdat, 1988 년 V. 3.

3 계측 및 자동화 자료. 핸드북 / Ed. 유 Pyatina,-M .: 기계 공학, 1982.

4 Bondarenko G.G., Kabanova T.A., Rybalko V.V. 재료 과학-M .: Yurayt Publishing House, 2012.335 s.

ρ · 10 2, TCS · 10 3,

μΩm 1 /도

Ag 100 80 60 40 20 0

Cu 0 20 40 60 80100

ρ · 10, TCS,

μohm · m 1 /도

Cu 100 80 60 40 20 0

Ni 0 20 40 60 80100

교사 일정-Kirshina I.A. -Assoc., Ph.D.

거의 모든 재료의 전기 저항은 온도에 따라 다릅니다. 이 의존성의 특성은 재료마다 다릅니다.

결정 구조를 갖는 금속에서, 전하 운반체로서 전자의 자유 경로는 결정 격자의 노드에 위치한 이온과의 충돌에 의해 제한된다. 충돌에서, 전자의 운동 에너지는 격자로 전달됩니다. 각각의 충돌 후, 전계 힘의 영향을받는 전자는 다시 속도를 얻고, 충돌 후 획득 된 에너지를 결정 격자의 이온으로 전달하여 진동을 증가시켜 물질의 온도를 증가시킨다. 따라서 전자는 전기 에너지를 열 에너지로 변환 할 때 중개자로 간주 될 수 있습니다. 온도의 증가는 물질 입자의 혼란 열 운동의 증가를 동반하며, 이는 전자와의 충돌 횟수를 증가시키고 전자의 정렬 된 운동을 복잡하게한다.

대부분의 금속에서 저항은 작동 온도 범위 내에서 선형으로 증가합니다.

어디서 그리고 -초기 및 최종 온도에서의 저항;

-온도 저항 계수 (TCS)라고하는 주어진 금속 계수에 대한 상수;

T1 및 T2는 초기 및 최종 온도입니다.

두 번째 종류의 도체의 경우 온도가 증가하면 이온화가 증가하므로이 유형의 도체의 TCS는 음수입니다.

물질의 저항률과 TCS는 참고 문헌에 나와 있습니다. 일반적으로 저항 값은 일반적으로 +20 ° C의 온도에서 제공됩니다.

도체의 저항은 다음 식으로 결정됩니다.

R2 \u003d R1
(2.1.2)

작업 3 예

와이어 단면 S \u003d \u003d 인 경우 + 20 ° С 및 + 40 ° С에서 2 선 전송선의 구리선 저항을 결정합니다.

120mm 그리고 선 길이 l \u003d 10km.

해결책

참고 표에 따르면 저항률을 찾습니다 + 20 ° С의 구리 및 저항 온도 계수 :

\u003d 0.0175 옴 mm / m; \u003d 0.004도 .

공식 R \u003d에 따라 T1 \u003d +20 ° C에서 전선의 저항을 결정합니다. 선의 순방향 및 역방향 와이어의 길이를 고려하면 :

R1 \u003d 0,0175
2 \u003d 2.917 옴.

+ 40 ° C의 온도에서 전선의 저항은 공식 (2.1.2)로 알 수 있습니다

R2 \u003d 2.917 \u003d 3.15 옴.

과제

길이 L의 공중 3 선 선은 선으로 만들어지며 그 표는 표 2.1에 나와 있습니다. 위의 예를 사용하여 "?"부호로 표시된 값을 찾고 표 2.1에 따라 데이터가 표시된 옵션을 선택해야합니다.

문제에서, 예와 달리, 라인의 하나의 와이어와 관련된 계산이 제공된다는 점에 유의해야합니다. 베어 와이어 브랜드에서 문자는 와이어의 재질 (A-알루미늄; M-구리)을 나타내고 숫자는 와이어의 단면을 나타냅니다.mm .

표 2.1

주제 자료에 대한 연구는 테스트 번호 2 (TOE-

ETM / PM”및 3 번 (TOE-ETM / IM)

전류 형성에 관여하지 않는 도체 (분자, 원자, 이온)의 입자는 열 운동을하며, 전류를 형성하는 입자는 전기장의 영향을받는 동시에 열 및 방향 운동을합니다. 이로 인해, 전류를 형성하는 입자와 그 형성에 관여하지 않는 입자 사이에 다수의 충돌이 발생하는데, 전자는 전자에 의해 전류 소스의 에너지의 일부를 후자로 전달한다. 충돌이 많을수록 전류를 형성하는 입자의 정렬 된 이동 속도가 느려집니다. 공식에서 볼 수 있듯이 나는 \u003d enνS속도의 감소는 전류 강도의 감소로 이어진다. 전류 강도를 줄이기 위해 도체의 특성을 나타내는 스칼라 수량을 도체 저항.  옴의 법칙에서 저항 옴은 전류가 힘으로 얻어지는 도체의 저항입니다. 1 개  1 in의 도체 끝의 전압에서

도체의 저항은 길이 l, 단면 S 및 재료에 따라 달라지며 저항력이 특징입니다 도체가 길수록 단위 시간당 입자 형성에 참여하지 않는 입자와 전류를 형성하는 입자의 충돌이 커져 도체의 저항이 커집니다. 도체의 단면적이 작을수록 전류를 형성하는 입자의 흐름이 더 조밀 해지고, 형성에 관여하지 않는 입자와 더 자주 충돌하므로 도체의 저항이 커집니다.

전계의 영향으로 충돌 사이에 전류를 형성하는 입자가 가속 적으로 움직여 전계 에너지로 인해 운동 에너지가 증가합니다. 전류를 형성하지 않는 입자와 충돌하면 운동 에너지의 일부를 전달합니다. 결과적으로 도체의 내부 에너지가 증가하여 외부에서 가열됩니다. 가열 될 때 도체의 저항이 변하는 지 여부를 고려하십시오.

전기 회로에는 강선 코일이 있습니다 (끈, 그림 81, a). 체인을 닫으면 와이어가 가열되기 시작합니다. 가열하면할수록 전류계가 낮아집니다. 금속이 가열되면 저항이 증가하기 때문에 감소합니다. 따라서 전구가 켜져 있지 않을 때의 저항은 대략 20 옴타는 동안 (2900 ° С)-260 옴. 금속이 가열되면, 결정 격자에서 전자의 열 운동 및 이온의 진동 속도가 증가하여, 이온과 전류를 형성하는 전자의 충돌 횟수가 증가한다. 이로 인해 도체의 저항이 증가합니다 *. 금속에서, 비 유리 전자는 이온에 매우 강하게 결합되므로, 금속이 가열 될 때, 자유 전자의 수는 사실상 변하지 않고 유지된다.

* (전자 이론에 따르면 온도에 대한 저항의 의존성에 대한 정확한 법칙을 추론하는 것은 불가능합니다. 이러한 법칙은 전자가 파동 특성을 갖는 입자로 간주되는 양자 이론에 의해 확립되며, 금속을 통한 전도 전자의 운동은 전자 파의 전파 과정으로 간주되며, 길이는 De Broglie 관계에 의해 결정됩니다.)

실험에 따르면 다양한 물질의 도체 온도가 같은 각도로 변하면 저항이 불균일하게 변합니다. 예를 들어 구리 도체에 저항이있는 경우 1 옴다음에 가열 후 1 ° C  그는 저항을 할 것이다 1.004 옴그리고 텅스텐- 1.005 옴 온도에 대한 도체 저항의 의존성을 특성화하기 위해 저항 온도 계수라는 값이 도입됩니다. 온도가 1 ° C 변화함에 따라 0 ° C에서 1 옴 도체의 저항 변화로 측정 한 스칼라 값을 저항 온도 계수 α라고합니다.. 텅스텐의 경우이 계수는 0.005도 -1구리의 경우- 0.004도 -1.  저항의 온도 계수는 온도에 따라 다릅니다. 금속의 경우 온도에 따라 거의 변하지 않습니다. 온도 범위가 작 으면 주어진 재료에 대해 일정한 것으로 간주됩니다.

온도를 고려하여 도체의 저항을 계산하는 공식을 도출합니다. 그 가정 R 0  -도체의 저항 0 ° C가열되면 1 ° C  그것은 증가 할 것이다 αR 0가열 될 때 t °  -에 αRt °  그리고 R \u003d R 0 + αR 0 t °또는

온도에 대한 금속 저항의 의존성은 예를 들어 전기 히터, 램프의 나선형 제조에서 고려됩니다. 나선 와이어의 길이와 허용 가능한 전류 강도는 가열 된 상태의 저항에서 계산됩니다. 온도에 대한 금속 저항의 의존성은 열 엔진, 가스 터빈, 고로의 금속 등의 온도를 측정하는 데 사용되는 저항 온도계에 사용됩니다.이 온도계는 도자기 프레임에 감겨 진 얇은 백금 (니켈, 철) 코일로 구성됩니다. 보호 케이스에 넣습니다. 그것의 끝은 전류계로 전기 회로에 연결되며, 그 규모는 온도로 보정됩니다. 나선형이 가열되면 회로의 전류가 감소하여 전류계의 화살표가 이동하여 온도가 표시됩니다.

주어진 섹션, 회로의 저항의 역수를 도체의 전기 전도성  (전기 전도성). 전도도 전도체의 전도도가 높을수록 저항이 적어지고 전도도가 향상됩니다. 전도도의 이름   지휘자 저항 1 옴  전화 지멘스.

온도가 낮아지면 금속의 저항이 감소합니다. 그러나 금속과 합금이 있으며, 각 금속과 합금의 특정 저온에서 저항이 갑자기 감소하고 거의 0으로 거의 사라집니다 (그림 81, b). 오고있다 초전도 -도체는 실제로 저항이 없으며 일단 여기 된 전류가 도체가 초전도 온도에있는 동안 오랫동안 존재하면 (실험 중 하나에서 전류가 1 년 이상 관찰 됨). 초전도체 전류 밀도를 통과하는 경우 1200A / mm 2  열 방출이 관찰되지 않았다. 최고의 전류 전도체 인 1가 금속은 실험이 수행 된 극저온까지 초전도 상태가되지 않습니다. 예를 들어,이 실험에서 구리는 0.0156 ° K,  금-위로 0.0204 ° K  상온에서 초전도성을 가진 합금을 얻을 수 있다면, 이것은 전기 공학에 매우 중요 할 것입니다.

현대 개념에 따르면, 초전도의 주된 이유는 결합 전자 쌍의 형성입니다. 초전도 온도에서, 교환 전자가 자유 전자 사이에 작용하기 시작하여 전자가 결합 전자 쌍을 형성합니다. 결합 된 전자 쌍의 전자 가스는 일반 전자 가스와 다른 특성을 가지고 있습니다-결정 격자의 노드에 마찰없이 초전도체에서 움직입니다.